大斷面破碎圍巖回采巷道支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

邵國(guó)飛

（山煤國(guó)際蒲縣豹子溝煤業(yè)有限公司，山西 臨汾 041204）

1 工程概況

豹子溝煤業(yè)有限公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.9 Mt/a，主采9+10+11 煤層，煤層厚度3.53～7.37 m，平均5.47 m。該三層煤距離較近，采用綜合機(jī)械化綜放集中開(kāi)采。頂板以泥巖、中砂巖為主，厚度約11 m；底板為性脆的泥巖、砂巖，平均厚度為9 m。二采區(qū)首采工作面2101 運(yùn)順巷道和回風(fēng)巷道斷面相同，均為矩形，高3400 mm，寬5400 mm，斷面為18.36 m2，為大斷面煤巷。原始設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)為錨網(wǎng)支護(hù)，錨桿采用Φ20 mm×2200 mm螺紋鋼，間、排距分別為1.2 m、1.0 m，錨索采用Φ21.6 mm 的鋼絞線，排距為2.0 m，回采巷道兩幫采用圓形錨桿，參數(shù)為Φ20 mm×1800 mm，間、排距分別為1.2 m、1.0 m。由于受斷層影響，局部圍巖破碎，部分回采巷道支護(hù)失效，頂板和兩幫移動(dòng)變形量較大，分別超過(guò)620 mm、520 mm，對(duì)工作面正常安全高效生產(chǎn)產(chǎn)生很大隱患。

2 支護(hù)優(yōu)化方案的確定

巷道圍巖由于巷道開(kāi)挖造成圍巖應(yīng)力集中，超過(guò)巖體本身強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞，應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移[1]，如果巷道本身存在斷層時(shí)，圍巖本身強(qiáng)度大大減弱，巷道開(kāi)挖時(shí)應(yīng)力對(duì)圍巖造成二次破壞，圍巖一般破碎嚴(yán)重。圍巖支護(hù)技術(shù)一般可采用錨桿錨索支護(hù)、棚式支架支護(hù)和注漿加固支護(hù)等[2-3]。

錨桿錨索支護(hù)應(yīng)用比較廣泛，主要是針對(duì)新掘巷道采取的支護(hù)措施，該方法可提供一定程度的預(yù)緊力，通過(guò)主動(dòng)支護(hù)控制圍巖裂隙發(fā)育，同時(shí)，錨桿錨索與圍巖可形成次生的承載結(jié)構(gòu)，發(fā)揮圍巖強(qiáng)度本身的承載能力，進(jìn)一步防止圍巖出現(xiàn)擴(kuò)容破壞。但對(duì)于已經(jīng)破碎的圍巖，可錨性極差，無(wú)法大面積控制圍巖成為整體承載結(jié)構(gòu)，支護(hù)效果不佳。棚式支架支護(hù)通常與金屬網(wǎng)支護(hù)相配合解決圍巖破碎問(wèn)題，可有效防止破碎圍巖尤其是頂板的突然冒落。但棚式支護(hù)屬于被動(dòng)支護(hù)，無(wú)法借助圍巖本身承載能力進(jìn)行支護(hù)，且不適用于兩幫變形條件。注漿加固技術(shù)一般用于破碎圍巖，是將漿液通過(guò)破碎圍巖裂隙滲入圍巖中，凝固后圍巖裂隙消失且將破碎圍巖恢復(fù)成連續(xù)結(jié)構(gòu)，使圍巖本身承載更多載荷。注漿改變了圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使圍巖強(qiáng)度有所恢復(fù)，同時(shí)阻止圍巖裂隙發(fā)育，使圍巖整體具有更好的可錨性[4-5]。

通過(guò)三種圍巖支護(hù)技術(shù)對(duì)比，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)圍巖破碎的實(shí)際情況，提出“注漿+錨索”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)。注漿加固采用水泥基無(wú)機(jī)注漿材料，局部特別破碎的巷道配合化學(xué)改性的水泥漿液，即：在正常情況下采用的注漿材料為525#普通硅酸鹽水泥配合XPM 添加劑制備素水泥漿，局部出現(xiàn)漏漿液時(shí)壓注水泥-水玻璃雙漿液。

3 優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)

結(jié)合回采巷道實(shí)際情況，局部出現(xiàn)斷層引起的圍巖破碎，破碎圍巖支護(hù)設(shè)計(jì)為：先采用化學(xué)注漿對(duì)頂板、兩幫進(jìn)行加固，后進(jìn)行注漿錨索加固。具體加固步驟如下：

（1）水泥淺孔注漿加固?；夭上锏纼蓭?、頂板進(jìn)行成排式水泥淺孔注漿，頂板注漿孔成矩形排列，間距不大于1500 mm，兩幫注漿鉆孔呈五花狀布置，排距1300 mm。頂板和兩幫頂?shù)捉遣捎肸YJ-270/180 架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行打孔，鉆頭直徑為Φ42 mm，打孔深度2500 mm，兩幫采用ZQS-65/2.5 防突鉆機(jī)進(jìn)行打孔，鉆頭直徑Φ44 mm，孔深2500 mm。采用水泥漿、水泥水玻璃雙液漿材料，注漿壓力1～3 MPa。

（2）化學(xué)改性水泥加固。該注漿孔呈矩形排列，排、間距均為2000 mm，采用ZYJ-270/180 架柱式液壓回轉(zhuǎn)鉆機(jī)進(jìn)行打孔，鉆頭直徑Φ42 mm，打孔深度4000 mm，注漿壓力4～6 MPa。

（3）預(yù)應(yīng)力全長(zhǎng)注漿錨索支護(hù)。采用Φ22-1×19-5300 mm 注漿錨索，間、排距分別為2200 mm、1500 mm，使用ZQS-50/1.6 錨桿鉆機(jī)打孔，鉆頭直徑Φ30 mm，孔深5000 mm。錨固方式采用樹(shù)脂端部錨固，錨固長(zhǎng)度1970 mm，其余用水泥漿進(jìn)行錨固。錨索預(yù)緊力不低于200 kN，注漿壓力2～3 MPa。

具體施工工藝如下：① 幫頂水泥注漿施工工藝。標(biāo)記鉆孔的具體位置→架設(shè)需要的鉆機(jī)，調(diào)整合適的角度→打孔→鉆孔完畢，退出鉆桿、鉆頭→進(jìn)行壓風(fēng)排渣→外徑20 mm 的硬質(zhì)塑料射漿管，插入6分孔口管無(wú)螺紋端→射漿管和孔口管插入鉆孔→孔口管螺紋端外露直徑為150 mm →水泥漿、棉紗進(jìn)行封孔→24 h 后→安裝孔口截止閥→連接相應(yīng)的注漿系統(tǒng)→制備水泥漿→打開(kāi)泵注漿→注漿至終壓穩(wěn)定10 min →停泵，關(guān)閉孔口閥門(mén)→拆除對(duì)應(yīng)的注漿系統(tǒng)，移至下一個(gè)注漿孔作業(yè)，單孔注漿結(jié)束。②幫部化學(xué)改性水泥施工工藝。標(biāo)記鉆孔的具體位置→打孔至設(shè)計(jì)的孔深→鉆孔施工完畢，退出鉆桿、鉆頭→壓風(fēng)排渣→連接封孔器、孔口管和注漿系統(tǒng)→封孔器插入鉆孔封孔位置→開(kāi)泵，封孔并注漿→注漿至終壓或單孔注漿量達(dá)到100 kg →停泵→拆除孔口管及相應(yīng)的注漿系統(tǒng)→移至下一個(gè)注漿孔，單孔注漿作業(yè)結(jié)束。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

回采巷道加固位置為750～850 m 處，共100 m，采用鉆孔窺視儀對(duì)注漿加固巷道進(jìn)行窺視，對(duì)未注漿加固的圍巖和注漿加固的圍巖分別窺視3 組，如圖1。窺視結(jié)果為：未注漿加固的圍巖鉆孔周?chē)嬖诖罅苛严?，打鉆施工期間存在塌孔現(xiàn)象；注漿加固的圍巖打孔施工正常，水泥漿充填到圍巖裂隙，圍巖裂隙明顯減少，甚至消失，圍巖完整性改善明顯[6]。

圖1 5#孔窺視結(jié)果圖

對(duì)兩幫和頂板離層情況進(jìn)行了礦壓觀察，通過(guò)觀測(cè)可知，兩幫相對(duì)移近量4 個(gè)測(cè)站的結(jié)果最大值為54 mm，與注漿前頂兩幫相對(duì)移近量1250 mm 相比，圍巖變形大幅下降；3 個(gè)頂板離層儀最大離層結(jié)果為19 mm，與未注漿頂板相對(duì)移近量700 mm相比也大幅下降。結(jié)果如圖2、圖3。

圖2 兩幫相對(duì)移近量監(jiān)測(cè)結(jié)果

圖3 頂板離層監(jiān)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)豹子礦大斷面破碎圍巖支護(hù)困難等問(wèn)題，通過(guò)圍巖支護(hù)技術(shù)對(duì)比和現(xiàn)場(chǎng)條件研究，選擇“注漿+錨索”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。應(yīng)用結(jié)果顯示，兩幫相對(duì)移近量最大值54 mm，離層最大位移19 mm，支護(hù)效果明顯，滿足安全高效生產(chǎn)需要。